Ssylka

Как новый спинтронный излучатель решает проблему контроля поляризации терагерцовых волн?

Терагерцовые (ТГц) волны, расположенные между микроволнами и инфракрасным светом в электромагнитном спектре, обладают уникальной способностью проходить через многие материалы без причинения повреждений. Эта особенность делает их незаменимыми для таких применений, как сканирование в целях безопасности, медицинская визуализация и высокоскоростная беспроводная связь. Кроме того, ТГц волны могут выявлять структурные детали биологических молекул и проникать через неметаллические объекты, что значительно расширяет спектр их практического использования.
Как новый спинтронный излучатель решает проблему контроля поляризации терагерцовых волн?
Изображение носит иллюстративный характер

Однако эффективное применение ТГц технологий сталкивается с серьезной проблемой — контролем поляризации. Существующие методы требуют использования громоздких внешних компонентов, таких как волновые пластины и метаматериалы. Эти решения не только неэффективны, но и ограничены узкими частотными диапазонами, что делает их непригодными для компактных устройств.

Исследователи из Университета Бэйхан (Китай) разработали инновационное решение этой проблемы — спинтронный ТГц излучатель, о котором сообщается в журнале Advanced Photonics. Ключевой особенностью нового устройства является микромасштабный полосатый узор, который позволяет модулировать хиральность непосредственно в процессе генерации ТГц волн. Важно отметить, что регулировка поляризации интегрирована непосредственно в конструкцию излучателя, что устраняет необходимость в дополнительных компонентах.

С технической точки зрения, эмиттер состоит из тонкопленочных слоев вольфрама, кобальт-железо-бора и платины. Механизм его работы основан на том, что сверхбыстрые лазерные импульсы генерируют спиновый ток, который затем преобразуется в электрический заряд через обратный спин-холловский эффект. Микромасштабный полосатый узор изменяет распределение заряда, а встроенное электрическое поле влияет на амплитуду и фазу излучаемых ТГц волн.

Производительность нового устройства впечатляет: вращение излучателя позволяет переключаться между линейной, эллиптической и круговой поляризацией. При этом поддерживается высококачественная круговая поляризация с эллиптичностью более 0,85 в широком частотном диапазоне от 0,74 до 1,66 ТГц.

Для подтверждения эффективности технологии исследовательская группа изготовила и протестировала семь различных конструкций с уникальными соотношениями сторон полос. Измерения проводились с использованием ТГц спектроскопии во временной области. Результаты показали, что большие соотношения сторон полос создавали более сильные встроенные электрические поля. Регулировка азимутальных углов позволила добиться точного переключения между лево- и правосторонней круговой поляризацией.

Потенциальные применения этой технологии обширны. В беспроводной связи она может удвоить скорость передачи данных через поляризационное мультиплексирование. В биомедицинской визуализации технология обеспечивает более раннюю диагностику заболеваний благодаря более точному обнаружению биомолекул. Кроме того, она повышает чувствительность измерений для квантовой оптики и прецизионного зондирования. Компактная конструкция делает устройство пригодным для интеграции на чипе.

Дальнейшие направления исследований включают совершенствование частотно-избирательного контроля излучателя и разработку масштабируемых и экономически эффективных ТГц устройств для реальных приложений. Эта технология может стать ключевым компонентом в развитии следующего поколения беспроводных коммуникаций и медицинской диагностики, открывая новые возможности для миниатюризации и повышения эффективности ТГц систем.


Новое на сайте